CN1900573A - 电磁阀起动控制器 - Google Patents

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Abstract

电磁阀起动控制器(10)，它于第一时段(T1)内在高到足以使可动件(26)于起动线圈(28)内移动的额定电压方式下，通过激励电磁阀(12)的起动线圈(28)来起动电磁阀(12)。此外，起动线圈(28)于第一时段(T1)后的第二时段(T2)内以节电方式激励起动线圈(28)。此电磁阀起动控制器(10)具有用于设定第一时段(T1)的定时电路(44)，于第二时段(T2)内以节电方式激励起动线圈(28)的振荡电路(46)，根据定时电路(44)的输出信号于第一时段(T1)内中止振荡电路(46)的振荡工作且以额定方式激励起动线圈(28)的控制电路(48)。

Description

电磁阀起动控制器
技术领域
本发明涉及电磁阀起动控制器，具体涉及用于以额定起动方式和以节电起动方式起动电磁阀的电磁阀起动控制器。
背景技术
在此之前，例如已于日本公开实用新案公告No.5-47334中公开了一种普通的电磁阀起动控制器。
所公开的电磁阀起动控制器包括DC电源、开关、电磁阀的起动线圈以及工作晶体管，它们相互串联。此电磁阀起动控制器还包括有控制晶体管，用来控制该工作晶体管并与之并联。
供给此电磁阀起动线圈的电能数量是数字控制的，用以消除晶体管控制系统的缺点，特别是消除温度敏感性的缺点等，同时用来使这种电磁阀起动控制器能适用于多个方面。
传统的电磁阀起动控制器还具有与起动线圈连接的分压电阻器，用以减少电磁阀消耗的电力。
但是，传统的电磁阀起动控制器的分压电阻器所具有的电阻值必须取决于起动线圈所需电流。由于必须根据分压电阻器产生的热以及其他因素来确定分压电阻器的额定值，因而分压电阻器的尺寸常会较大。
此外，近年来为减小电磁阀尺寸所做的努力使之难以将分压电阻器安装到电磁阀的起动线圈上。
发明内容
本发明的目的在于提供这样的电磁阀起动控制器，它能有效地减小用来安装电磁阀的所需空间，还可降低电磁阀的成本。
根据本发明，提供了这样一种用于起动电磁阀的电磁阀起动控制器：在将起动命令信号开始施加到此电磁阀的时刻起的第一时段内，在高到足以使一可动件在此起动线圈内移动的额定电压的额定方式下，通过激励此电磁阀的起动线圈来起动电磁阀；在此第一时段后的第二时段内，以较此额定方式下低的能率比(duty ratio)，于重复的周期下以节电方式激励起动线圈来起动电磁阀，其中此电磁阀起动的控制器包括：定时电路，用于设定上述第一时段；振荡电路，用于在上述第二时段内以节电方式激励此起动线圈；控制电路，用以根据定时电路的输出信号中止此振荡电路于第一时段内的振荡工作，同时用于在该额定方式下激励此起动线圈。
此定时电路、振荡电路与控制电路可以用价廉的门IC与晶体管实现。因此，电磁阀所需的安装空间以及电磁阀的成本都可减小。
此电磁阀起动控制器还可包括一用来激励起动线圈的开关装置。此振荡电路在节电方式的第二时段内输出断续脉冲，用于对此开关装置激励此起动线圈，而此控制电路在额定方式的第一时段内控制脉冲输出，用来对此开关装置激励此起动线圈。
此定时器电路包括：充电电路，它具有至少一个电容器，用来从该起动命令信号开始施加到此电磁阀的时刻起充电；第一比较电路，它用来给控制电路提供一中止振荡电路振荡工作的信号，直至上述充电电路中的充电电压达到第一时段内为充电电路充电到的规定电压。
此定时电路还包括一放电二极管，用来在中止对电磁阀施加起动命令信号时通过它释放出电容器中存储的电荷。取决于此起动控制器的技术规格，此第一时段定为较长的时段，从而此电容器需要能有较大的电容。要是使此电容器自行放电，则到此电容器将电完全释放完时需要很长的时间。为此，从中止施加起动命令信号的时刻起直到开始下一个起动命令信号时的这段时间应设定为一段长的时间，这就势必限制了电磁阀的工作速度。
但放电二极管则能在短时间内释放电容器内存储的电荷。因而此电容器即使具有大的电容，即能迅速地复原。
上述第一比较电路有包括一个与其输入端连接的二极管，用来在中止给电磁阀施加起动命令信号时经其释出电容器中存储的电荷。由于此电容器中存储的电荷即使是电容器有很大电容时也能于短时间内释放完，此电容器就能很快复原。由于此包括在第一比较电路中的二极管可兼用作放电二极管，就可使此用于起动控制器的电路装置简化与廉价。
该振荡电路可包括施密特触发型第二比较电路、与此第二比较电路输入端连接的电容器、连接在此第二比较电路输入端与输出端之间的第一放电电阻器以及具有第二放电电阻器和一个二极管的串联电路，而此串联电路则连接在第二比较电路的输入与输出端之间。
如果第二比较电路的输入电压为低电平而输出电压为高电平的，则从第二比较电路输出端流出的电流将通过此串联电路，到达电容器而由此给电容器充电。此电容器是根据第二电阻器与电容的时间常数CR充电、电容器两端之间的充电电压表现为第二比较电路的输入电压。当第二比较电路的输入电压超过第一阈值时，此第二比较电路的输出电压便降至低电平。然后，电容器储存的电荷便通过第一电阻器、第二比较电路的输出端与第二比较电路的低电平电源放电，这样就降低了电容器两端间的电压，亦即降低了第二比较电路的输入电压。当第二比较电路的输入电压下降到第二阈值之下，则第二比较电路的输出电压上升到高电平。重复以上工作序列，以便在节电方式下激励起动线圈。
给电容器充电的时间常数或换言之此第二电阻器与电容器的时间常数CR，以及给电容器放电的时间常数或换言之第一电阻器与电容器的时间常数，它们可以相互不同。起动线圈在第二时段内以比额定方式较低的能率比激励的时间可以自由地设定到任何所需的时间。因此，可据需要以节电方式激励起动线圈的电磁阀起动控制器可以低成本地构成。
于是本发明的电磁阀起动器能有效地减小电磁阀所需空间和降低电磁阀的成本。
本发明的上述的与其他的目的，特点和优点可从下面结合附图所作的描述中获得更清楚的理解，这些附图中以举例方式示明了本发明的最佳实施形式。
附图说明
图1是根据本发明一实施形式的电磁阀起动控制器的电磁阀的纵剖图。
图2是根据本发明上述实施形式的电磁阀起动控制器的电路图。
图3根据本发明上述实施形式的电磁阀起动控制器于工作中产生的信号波形。
具体实施方式
下面参考图1～3描述本发明一实施形式的电磁阀起动控制器(以后简称为“起动控制器”)。
在说明于图1与2中统一以10标明的起动控制器之前，先参看图1描述结合有此起动控制器10的电磁阀12。
电磁阀12包括的阀体20具有压力流体入口14、液力流体出口16与限定于其中的排气口18。阀体20中设有一固定铁心22、在弹簧24的弹力下垂直地推离开此固定铁心22的可动件26、绕此固定铁心22与可动件26设置的起动线圈28以及一阀塞30，此阀塞30能在可动件26通过激励起动线圈28而为磁力吸引到固定铁心22上时脱离开阀座。上面设有起动控制器10的电路板34设置于盖32与阀体20之间。
如图2所示，起动控制器10包括电源接线端40、控制输入端42、定时电路44、振荡电路46与控制电路48。
电源接线端40经串联电路与控制输入端42连接，此串联电路包括阻止反向电流流过的第一二极管50、电磁阀12的起动线圈28(参看图1)以及第一晶体管52例如n通道MOS晶体管，后者有选择的对起动线圈28激励与去激励。电磁阀12的起动线圈28的额定电压(例如电源电压DC 24V的+V)加到电源接线端40上。低的电位例如接地电位Vss作为一起动命令信号在起动命令时段Td内加到控制输入端42(参看图3)。在起动命令时段Td之外的时段中，则将同于或高于加到第一晶体管52门电路上的电位加到此控制输入端42上。第二二极管54作为一电涌吸收器与起动线圈28并联连接。此第二二极管54用来在第一晶体管52断开时释放起动线圈28中存储的电磁能。
定时电路44包括充电电路56与第一比较电路58。充电电路56用来从起动命令时段Td的起始时间To起充电。第一比较电路58将信号提供给控制电路48，用以中止振荡电路46的振荡工作，直到充电电路56的充电电压V2达到规定的电压。此规定的电压对应于充电电路56在第一时段T1内充电的电压(参看图3)。
具体如图2所示，充电电路56包括由第一电阻器60和第一电容器62组成的串联电路。第一比较电路58包括施密特触发型第一比较器64，它具有连接到第一电阻器60与第一电容器62之间连接点的输入端。虽然在图2中此施密特触发型第一比较器64是用作第一比较电路58，但此第一比较电路58也可包括通常的比较器，用来将输入电压与单个阈值电压比较。
图2中，控制电路48包括第二晶体管66如NPN晶体管。此第二晶体管66具有与定时电路44的第一比较器64的输出端连接的基极以及与控制输入端42连接的发射极。
振荡电路46包括施密特触发型的第二比较器68、连接在此第二比较器68的输入端与控制输入端42之间的第二电容器70、用于释放电能且连接在第二比较器68的输入端与输出端之间的第二电阻器72，以及连接在第二比较器68的输入与输出端之间的串联电路。此串联电路包括用于充电的第三电阻器74和第三二极管76且后两者与第二电阻器72并联连接。第二比较器68的输入端与控制电路48的第二晶体管66的集电极连接。第二比较器68的输出端则与第一晶体管52的栅极连接。
起动控制器10还包括连接在第一二极管50的阴极与第一电阻器60之间的齐纳二极管78，齐纳二极管78的阳极连接到定时电路44的第一比较器64的电源正极端子与振荡电路46的第二比较器68的电源正极端子，因此第一比较器64的正电源电压、第二比较器68的正电源电压以及第一电阻器60与齐纳二极管78之间连接点的电压都设定为恒压Vdd。此恒压Vdd可以是用于逻辑电路的电压(3～5V)。第一比较器64的电源负极端子与第二比较器68的电源负极端子都与控制输入端42连接。
起动控制器10还具有与第一电阻器60并联连接的第四二极管80。此第四二极管80的阳极连接到第一电阻器60与第一电容器62之间的连接点，而其阴极则连接第一电阻器60与齐纳二极管78之间连接点。
下面参看图3所示信号波形说明取上述结构的起动控制器10的工作。
如图3所示，起动控制器10在起动命令时段Td中在第一时段T1以额定方式激励起动线圈28，而在起动命令时段Td中的余剩的第二时段T2内以节电方式激励起动线圈28。
初始时，控制输入端42的电位V1为高电位例如Vdd，第一比较器64的输出电压V3处于高电平例如Vdd，而第二比较器68的输出电压V5处于高电平例如Vdd。于是，第一晶体管52的栅源极间电压为0V，保持第一晶体管52断开。
在时间t0，当控制输入端42的电位V1降至低电位例如接地电位Vss，便开始了起动命令时段Td。在起动命令时段Td内加到控制输入端42的低电位信号称之为起动命令信号Sa。
随着起动命令时段Td开始，第一电容器62开始充电。在第一电容器62两端间的充电电压V2根据第一电阻器60与第一电容62的时间常数CR而逐渐的升高。由于第一比较器64的输出电压V3与第二比较器68的输出电压V5保持为高电平Vdd，第一晶体管52的栅源间电压在起动命令时段Td的起始时间t0变为正的，从而导通第一晶体管52的激励起动线圈28。
然后于时间t1，当第一电容器62两端间的充电电压V2超过第一阈值电压vth1，第一比较器64的输出电压V3便降到低电平Vss，从而关断第二晶体管66。
于时间t1，由于第二比较器68的输入电压V4处于低电平Vss而其输出电压V5处于高电平Vdd，就有电流从第二比较器68的输出端流出，通过第三电阻器74与第三二极管76到达第二电容器70，而给第二电容器70充电。
此时，第二电容器70依据第三电阻器74与第二电容器70的时间常数CR充电。第二电容器70两端间的充电电压表现为第二比较器68的输入电压V4。于时间t2，当第二比较器68的输入电压V4超过第一阈值Vth11，第二比较器68的输出电压V5便降至低电平Vss。第一晶体管52的栅源间电压成为0V，从而关断第一晶体管52。
此第一时段T1从时间t0延伸到时间t2。在本实施形式中，第一电阻器60、第一电容器62以及第一比较器64的第一阈值电压Vth1设定到的值使得第一时段T1例如为10msec。
在第一时段T1，振荡电路46的振荡工作中止，第一比较器64的输出电压V3与第二比较器68的输出电压V5两者均保持在高电平Vdd。
于是，在第一时段T1内，第一晶体管52继续被激励，给起动线圈28施加一额定电压。在此额定方式下，起动线圈28以100％的能率比于额定电压下被激励。第一时段T1设定到这样长的一段时间，足以使可动件26(参看图1)于起动线圈之内在起动线圈28产生的电磁力作用下同时受到额定电压的激励而移动。于是在此第一时段T1内，就有大到足以移动可动件26的电功率供给起动线圈28。在此第一时段T1内，在起动线圈28内的可动件移向固定铁心22并为磁力吸引到固定铁心22上。
于时间t2，当第一时段T1业已完结，第二比较器68的输出电压V5降至低电平Vss。第二电容器70中存储的电荷通过第二电阻器72，第二比较器68的输出端以及第二比较器的电源负极端放电。于是，第二电容器70两端间的充电电压即第二比较器68的输入电压V4下降。此时，第二电容器70依据第二电阻器72与第二电容器70的时间常数CR放电。
当第二比较器68的输入电压V4降至第二阈值Vth12之下，第二比较器68的输出电压V5升至高电平Vdd，由此而再次接通第一晶体管52。
当第二比较器68的输出电压V5升至高电平Vdd，第二电容器70即放电。当第二比较器68的输入电压V4超过第一阀值Vth11时，第二比较器68的输出电压V5降到低电平Vss，第一晶体管52再次关断。
在经过第一时段T1且在第一晶体管52已关断的时段Toff内，起动线圈28便去激励而其中存储的电磁能即通过第二二极管54消耗。在本实施形式中，此关断时段Toff设定为短的时段例如60μs。于是可动件26或保持吸引到固定铁心22或只与固定铁心22稍为分开。
在第一时段T1经过后且在第一晶体管52接通的时段Ton内，起动线圈28被再次激励，由此使可动件26保持吸引到固定铁心22上或只与固定铁心22稍许分开，或者在开始与固定铁心22分开后再次吸引到固定铁心22上。
上面的操作序列在关断时段Toff与接通时段Ton期间一直重复到起动命令时段Td结束时，使得起动线圈28于节电方式下激励。在第一时段T1结束时，从时间t2到时间t3的时段在起动命令时段Td结束时称之为第二时段T2。在第二时段T2内，起动线圈28于节电方式下激励。此第二时段T2取决于为电磁阀12控制的流体压力装置的起动时段而可设定到任何所需的持续时间。
当控制输入端42处的电位V1成为高电位Vdd时，起动命令时段Td结束。此时，第一电容器62中存储的电荷于此起动命令时段Td内便通过第四二极管80与第一比较器64的电源正极和负极端放电，而使第一电容器62复原。然后，于时间t4当电压V2即第一电容器62两端间的充电电压降至第一比较器64的第二阈电压Vth2之下时，第一比较器64的输出电压再次返回高电平Vdd，而起动控制器10便因此而返回其初始态。
如上所述，起动控制器10包括用于设定第一时段T1的定时电路44，用于在第二时段T2内于节电方式中激励起动线圈28的振荡电路46以及控制电路48，此控制电路48根据定时电路44的输出信号中止振荡电路46的振荡工作。由此而于额定方式下激励起动线圈28。上述定时电路44、振荡电路46与控制电路48可以用廉价的IC与晶体管实现。于是可以减小电磁阀12所需的安装空间以及降低电磁阀12的成本。
特别是，定时电路44包括第四二极管80，它用作为放电二极管。在时间t3，当起动命令时段Td结束，存储于第一电容器62中的电荷于起动命令时段Td内便通过放电二极管80放电，而能使第一电容器62复原。
由于起动控制器10的技术规格，第一时段T1设定为较长的时段，因而第一电容器62需有较大的电容。若是第一电容器62自行放电，则到其完全放完电时要用很长的时间。为此必须将从起动命令时段Td结束的时间t3至下一个起动命令时段Td开始的时间t0的时段设定成较长的时段，这样就势必限制了电磁阀12的速度。
但在定时电路44中增设了放电二极管80，就能使第一电容器62中存储的电荷于短时间内释出。因此，即使是第一电容器62具有较大的电容，也能很快地复原。
在上述实施例中，第四二极管80是与第一电阻器60并联连接，而第一电容器62则通过第一电阻器60放电。或者，此第一电容器62可以通过包括在第一比较器64中的二极管放电，而此第一电容器62则与第一比较器64的输入端连接。
由于包括在第一比较器64中的这个二极管可以兼用作放电二极管，起动控制器的电路装置就可简化与低成本化。
上面虽已图示并详述了本发明的某种最佳实施形式。但应知在不背离后附权利要求书中的范围内是可以提出种种变更与改型的。

Claims (6)

1.一种用于起动电磁阀(12)的电磁阀起动控制器，它在将起动命令信号(Sa)开始加到此电磁阀(12)的时刻起的第一时段(T1)内，在高到足以使可动件(26)于此起动线圈(28)内移动的额定电压的额定方式下，通过激励此电磁阀(12)的起动线圈(28)来起动电磁阀(12)；在此第一时段(T1)之后的第二时段(T2)内，以较此额定方式下的低的能率比，于重复的周期中以节电方式激励起动线圈(28)来起动电磁阀(12)，此电磁阀起动控制器包括：
定时电路(44)，用于设定所述的第一时段(T1)；
振荡电路(46)，用于在上述第二时段(T2)内以节电方式激励此起动线圈(28)；
控制电路(48)，用于根据定时电路(44)的输出信号于所述第一时段(T1)内中止所述振荡电路(46)的振荡工作，并且用于在上述额定方式下激励所述起动线圈(28)。
2.根据权利要求1的电磁阀起动控制器，它还包括用来激励所述起动线圈(28)的开关装置(52)，其中：
所述振荡电路(46)输出断续脉冲给所述开关装置(52)，用以在所述节电方式下在上述第二时段内激励所述起动线圈(28)；
所述控制电路(48)控制输出脉冲给所述开关装置(52)，用以所述额定方式下在上述第一时段(T1)内激励所述起动线圈(28)。
3.根据权利要求1的电磁阀起动控制器，其中所述定时电路(44)包括：
充电电路(56)，它具有至少一个电容器(62)，用来从上述起动命令信号(Sa)开始加到此电磁阀(12)上的时刻起进行充电；
第一比较电路(58)，它给上述控制电路(48)提供用以中止上述振荡电路(46)振荡工作的信号，直到所述充电电路(56)中的充电电压到达所述充电电路(56)在此第一时段(T1)内所充电到的规定电压。
4.根据权利要求3的电磁阀起动控制器，其中所述定时电路(44)还包括：
放电二极管(80)，它在中止所述起动命令信号(Sa)加到电磁阀(12)上的时刻通过它来释放所述电容器(62)中存储的电荷。
5.根据权利要求3的电磁阀起动控制器，其中所述第一比较电路(58)包括与其输入端相连的二极管，用以在中止将所述起动命令信号(Sa)加到电磁阀(12)上时，通过所述第一比较电路(58)中的上述二极管释放电容器(62)中存储的电荷。
6.根据权利要求1的电磁阀起动控制器，其中所述振荡电路(46)包括：
施密特触发型第二比较电路(68)；
与此第二比较电路(48)的输入端连接的电容器(70)；
连接在此第二比较电路(68)上述输入端以及输出端之间的放电第一电阻器(72)；
包括充电的第二电阻器(74)与二极管(76)在内的串联电路，此串联电路连接在第二比较电路(68)的输入端与输出端之间。
CNB2006101075354A 2005-07-21 2006-07-20 电磁阀起动控制器 Active CN100422881C (zh)

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